Eine bedarfsgerechte Drehzahlregelung mit einem Frequenzumrichter kann hier deutliche Einsparungen ermöglichen. Je nach Anlage und Betriebsprofil sind auch 40 % weniger Stromverbrauch für den Ventilator denkbar. Entscheidend ist, wie viel Luft tatsächlich benötigt wird und wie häufig die Anlage im Teillastbetrieb läuft.
Wie funktioniert die Nachrüstung, wann lohnt sie sich und wie schnell kann sie sich rechnen? Wir erklären die Technik und zeigen eine nachvollziehbare Beispielrechnung für eine industrielle Lüftungsanlage.
Warum verbrauchen ältere Lüftungsanlagen oft zu viel Strom?
In vielen Bestandsanlagen läuft der Ventilatormotor mit annähernd konstanter Drehzahl. Wird weniger Luft benötigt, begrenzen Drosselklappen den Volumenstrom. Der Motor dreht dabei weiter, obwohl die Anlage gerade nicht ihre maximale Förderleistung benötigt.
Für Systeme mit wechselndem Luftbedarf kann eine Drehzahlregelung wirtschaftlicher sein: Der Ventilator liefert dann nur so viel Luft, wie im jeweiligen Betriebszustand erforderlich ist. Das Umweltbundesamt verweist ausdrücklich auf Einsparpotenziale durch die Optimierung bestehender Klima- und Lüftungsanlagen.
Wie funktioniert ein Frequenzumrichter bei einer Lüftungsanlage?
Ein Frequenzumrichter passt die Frequenz und Spannung für einen geeigneten Elektromotor an und regelt damit dessen Drehzahl. Bei einem Lüfter lässt sich der Luftvolumenstrom so an den tatsächlichen Bedarf anpassen – beispielsweise abhängig von Betriebszeiten, Druckwerten oder Prozessanforderungen.
Das ist besonders interessant für Industriehallen, Produktionsbereiche und andere Anlagen, in denen der volle Luftstrom nicht durchgehend notwendig ist.
Warum schon eine geringere Drehzahl viel bewirken kann
Bei geeigneten Kreiselventilatoren gelten näherungsweise die sogenannten Affinitätsgesetze: Sinkt die Drehzahl auf 80 % des ursprünglichen Wertes, reduziert sich die theoretische Ventilatorleistung auf rund 51 %. Das entspricht einer rechnerischen Verringerung von etwa 49 % während dieses Betriebspunktes.
Reale Werte hängen unter anderem von Anlagenkennlinie, Wirkungsgraden und Verlusten im Antrieb ab. Eine solche momentane Leistungsreduzierung ist deshalb nicht mit der jährlichen Stromeinsparung gleichzusetzen.
Die physikalischen Zusammenhänge erläutert das US-Energieministerium in seinem Fachleitfaden zu Ventilatoren (PDF).
Industrielle Lüftungsanlage mit Motor und Riemenantrieb. © ESCO
Klappensteuerung oder Frequenzumrichter: Wo liegt der Unterschied?
| Klappensteuerung | Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter |
|---|---|
| Der Ventilator läuft häufig mit konstanter Drehzahl. | Die Drehzahl wird dem benötigten Luftvolumenstrom angepasst. |
| Der Luftstrom wird durch Drosselung begrenzt. | Weniger Luftbedarf kann mit geringerer Ventilatorleistung gedeckt werden. |
| Bei Teillast können unnötige Drosselverluste entstehen. | Bei passenden Anlagen sind im Teillastbetrieb deutliche Einsparungen möglich. |
| Mechanische Klappen und Stellantriebe benötigen je nach Einsatz Wartung. | Sanfte Anlauf- und Bremsrampen können mechanische Belastungen reduzieren. |
Wichtig: Nicht jede Klappe kann oder darf entfallen. Brandschutz-, Absperr- und Regelungsfunktionen müssen im Anlagenkonzept erhalten bleiben. Der Frequenzumrichter ersetzt die bedarfsgerechte Luftmengenregelung durch Drehzahlsteuerung dort, wo dies technisch zulässig und sinnvoll ist.
Rechenbeispiel: Was bringen 40 % weniger Stromverbrauch?
Angenommen, eine industrielle Lüftungsanlage nimmt im bisherigen Betrieb durchschnittlich 10 kW elektrische Leistung auf, läuft 4.000 Stunden pro Jahr und der Strom kostet 0,30 Euro pro Kilowattstunde.
Wenn eine geeignete Nachrüstung den jährlichen Stromverbrauch um 40 % senkt, ergibt sich folgende Beispielrechnung:
- Vor der Nachrüstung: 10 kW × 4.000 h = 40.000 kWh/Jahr; Stromkosten: 12.000 Euro/Jahr.
- Nach der Nachrüstung: 24.000 kWh/Jahr bei angenommenen 40 % Einsparung; Stromkosten: 7.200 Euro/Jahr.
- Jährliche Ersparnis: 16.000 kWh beziehungsweise 4.800 Euro.
Unterstellt man für das gesamte Projekt Investitionskosten von 3.000 Euro, liegt die einfache rechnerische Amortisationszeit bei 7,5 Monaten (3.000 Euro ÷ 4.800 Euro × 12).
Bei höheren Umbau- und Inbetriebnahmekosten oder geringeren Einsparungen verlängert sie sich. Die genannten Werte sind Annahmen und kein gemessenes Praxisprojekt.
Für eine belastbare Berechnung braucht es den tatsächlichen elektrischen Verbrauch, die Betriebsstunden, den zeitlichen Luftbedarf, den Strompreis und ein realistisches Angebot für die Umrüstung.
Ein weiterer Überblick zur Berechnung findet sich bei ESCO Antriebstechnik.
Wann lohnt es sich, einen Frequenzumrichter nachzurüsten?
Das größte Potenzial besteht häufig, wenn die Lüftungsanlage viele Stunden im Jahr läuft, der benötigte Luftstrom stark schwankt und heute vor allem über Drosselklappen geregelt wird.
Ein dauerhafter Volllastbetrieb bei tatsächlich konstant erforderlichem Luftvolumenstrom bietet dagegen oft weniger Spielraum.
Vor einer Nachrüstung sollten Fachleute insbesondere folgende Punkte prüfen:
- Motor und Frequenzumrichter: Passen Motorart, Nennstrom, Spannung und Isolationssystem zusammen?
- Anlage und Luftbedarf: Welche Mindestluftmengen, Druckverhältnisse und Prozessvorgaben müssen eingehalten werden?
- Elektrische Einbindung: Sind Schutzfunktionen, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Leitungen und gegebenenfalls Filter berücksichtigt?
- Regelung: Welche Sensoren, Sollwerte und Signale aus der bestehenden Gebäude- oder Maschinensteuerung werden benötigt?
- Wirtschaftlichkeit: Wie groß sind die realen Lastschwankungen und welche Umbau-, Parametrierungs- und Inbetriebnahmekosten entstehen?
Die Planung und Inbetriebnahme gehören in fachkundige Hände. Nicht jeder bestehende Motor oder Lüfter eignet sich ohne Weiteres für den Betrieb am Frequenzumrichter.
Industrielle Lüftungsanlage mit Riemenantrieb. © ESCO
Zusätzliche Vorteile: Anlaufverhalten, Regelung und Luftqualität
Eine geeignete Frequenzumrichter-Regelung ermöglicht einen kontrollierten Motoranlauf und kann mechanische Lastspitzen verringern.
Über eine passende Steuerung lässt sich außerdem der Luftstrom abhängig von Messwerten oder Betriebszuständen automatisch anpassen und auf einem HMI-Touchpanel visualisieren.
In Bereichen mit besonderen Anforderungen an Staub oder Verunreinigungen kann eine abgestimmte Zu- und Abluftregelung die gewünschten Druckverhältnisse unterstützen.
Ob dafür ein definierter Überdruck erforderlich und zulässig ist, muss die Lüftungsplanung für den konkreten Einsatz klären.
Welche Frequenzumrichter kommen infrage?
Die Auswahl richtet sich nicht allein nach der Motorleistung. Zu berücksichtigen sind unter anderem Motor-Nennstrom, Netzspannung, Schutzart, Betriebsumgebung und Kommunikationsschnittstellen.
Auch die Möglichkeiten zur Anbindung an eine vorhandene Steuerung spielen eine Rolle.
Ein Anbieter für industrielle Antriebstechnik ist ESCO Antriebstechnik.
Im Sortiment befinden sich unter anderem:
Bei Fragen zur Auslegung und Nachrüstung können Unternehmen dort eine technische Beratung anfragen.
Häufige Fragen zur Nachrüstung von Lüftungsanlagen
Wie viel Strom kann eine Lüftungsanlage mit Frequenzumrichter sparen?
Eine Einsparung von 40 % des bisherigen Ventilatorstromverbrauchs ist bei geeigneten Anlagen möglich, aber nicht garantiert. Entscheidend sind das bisherige Regelungskonzept, der tatsächliche Teillastanteil, die Betriebsstunden und die Eigenschaften des Ventilators.
Kann man einen Frequenzumrichter an jeder Lüftungsanlage nachrüsten?
Nein. Motor, Ventilator, elektrische Installation sowie die notwendigen Sicherheits- und Lüftungsfunktionen müssen geeignet sein. Eine technische Prüfung vor der Auswahl ist daher wichtig.
Was kostet die Nachrüstung eines Frequenzumrichters?
Das hängt von Leistung, Geräteauswahl, Schaltschrank, Verkabelung, Sensorik und Inbetriebnahme ab. Die 3.000 Euro aus dem Rechenbeispiel sind lediglich eine angenommene Projektinvestition und kein allgemeingültiger Preis.
Wann amortisiert sich die Investition?
Das lässt sich aus Investition und realistisch erwarteter jährlicher Einsparung berechnen. Im oben beschriebenen Beispiel wären es rund 7,5 Monate. Andere Anlagen können deutlich längere Amortisationszeiten haben.
Müssen die vorhandenen Lüftungsklappen entfernt werden?
Nicht unbedingt. Ein Frequenzumrichter kann die Luftmengenregelung effizienter gestalten. Klappen mit Sicherheits-, Brandschutz- oder anderen notwendigen Funktionen bleiben Teil der Anlage.
Fazit: Vor der Nachrüstung das Einsparpotenzial prüfen
Wer den Luftstrom einer industriellen Lüftungsanlage bisher hauptsächlich über Klappen drosselt, sollte eine bedarfsgerechte Drehzahlregelung prüfen lassen.
Ein Frequenzumrichter kann den Stromverbrauch des Ventilators erheblich reduzieren und zugleich zusätzliche Möglichkeiten für die Automatisierung schaffen. Wie groß die Einsparung ist, zeigt erst die Betrachtung des konkreten Betriebsprofils.
Der nächste sinnvolle Schritt: Betriebsstunden, Leistungsaufnahme und Luftbedarf der Anlage erfassen und mit einem Lüftungs- oder Antriebstechnik-Fachbetrieb die technische Machbarkeit sowie die Amortisation bewerten.